Станция колокации средств космической геодезии Российский патент 2021 года по МПК G01S1/00 H04B7/00 

Изобретение относится к средствам измерений методами космической геодезии, которые объединяются в единую станцию колокации, а станции, в свою очередь, в сеть станций для повышения точности и устойчивости решений, полученных в результате обработки их измерений методами космической геодезии для задач фундаментального и прикладного координатно-временного обеспечения; средства измерений являются колоцированными на пространственном уровне при помощи привязки внутри локальной геодезической сети (ЛГС) и на временном за счет привязки к единой системе частотно-временной синхронизации (СЧВС) станции колокации. Через локальные связи и наблюдение космических объектов осуществляется привязка к глобальным шкалам времени и системам координат.

К рассматриваемым средствам измерений относятся:

1. Радиотелескоп (РТ), предназначенный регистрации излучения внегалактических источников в режиме радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ);

2. Приёмник сигналов космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС);

3. Система лазерной дальнометрии (ЛД), предназначенная для регистрации собственного сигнала, отраженного от уголковых отражателей установленных на КА или Луне.

На фиг. 1 приведена структурная схема станции колокации средств космической геодезии, где цифрами обозначено: 1 - ГНСС-приемник; 2 - РТ; 3 - ЛД; 4 - СЧВС; 5 - ЛГС; 6 - ГНСС; 7 - внегалактические радиоисточники; 8 - КА, оснащенные уголковыми отражателями; 9 - Уголковые отражатели, установленные на Луне.

Наблюдаемыми величинами всех средств измерений являются задержки сигналов. Для радиотелескопа, работающего в режиме РСДБ, измеряется задержка регистрации плоской волны между станциями сети, для ГНСС-приемника и для ЛД измеряется задержка между временем излучения сигнала и моментом его регистрации.

В результате обработки наблюдений, проводимых средствами космической геодезии, определяются следующие основные параметры:

1. Координаты небесного полюса и Всемирное время (РСДБ);

2. Координаты земного полюса и длительность суток (РСДБ, ГНСС, ЛД);

3. Координаты станции (РСДБ, ГНСС, ЛД);

4. Ошибки СЧВС (РСДБ, ГНСС, ЛД);

5. Орбиты наблюдаемых КА (ГНСС, ЛД);

6. Поправки часов наблюдаемых КА (ГНСС);

7. Тропосферная задержка регистрируемого сигнала (РСДБ, ГНСС);

8. Электронное содержание локальной ионосферы (ГНСС, РСДБ).

Частные производные измеряемых задержек сигналов по параметрам моделей редукций позволяют проводить оценивание этих параметров при помощи метода наименьших квадратов. Общие параметры позволяют провести комбинирование на уровне условных или нормальных уравнений, за счёт чего улучшается устойчивость решений и точность определяемых параметров.

Обеспечение высоких точностей определения основных параметров осуществляется за счет выполнения следующих требований к средствам станции колокации:

1. Требования к РТ:

- Чувствительности приемной системы должно быть достаточно для регистрации сигнала от внегалактических радиоисточников в пределах времени когерентности СЧВС;

- Одновременная регистрация нескольких диапазонов частот;

- Возможность непрерывной работы.

2. Требования к ГНСС-приемнику:

- ГНСС-приемник должен быть геодезического класса двухчастотным и многосистемным;

- Антенна ГНСС-приемника должна быть откалибрована и установлена на специально подготовленных стабильных основаниях;

- ГНСС-приемник должен иметь возможность подключения к внешнему СЧВС.

3. Требования к ЛД:

- Возможность проведения наблюдений КА различных орбитальных группировок или Луны;

- Проведение наблюдений в ночное и дневное время суток;

- Наличие технических средств определения калибровочной поправки.

При выборе СЧВС предпочтительнее использование цезиевого стандарта частоты или водородного мазера. Стабильность локальной шкалы времени должна быть не хуже 1 нс/сут. Геодезические инструменты для построения ЛГС должны обеспечивать взаимную привязку основных инструментов с погрешностью не более 1 мм. В составе ЛГС должно быть не менее трех взаимно видимых опорных геодезических маркеров для каждого инструмента.

Применение изобретения приводит к улучшению точности и устойчивости результатов комбинированной обработки измерений средств космической геодезии, что подтверждается работами по анализу схожих измерений [1] и математическим моделированием [2]. Изобретение было создано с использованием научного оборудования УНУ «Радиоинтерферометрический комплекс «КВАЗАР» Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук.

Литература

1. Shuygina, N.; Ivanov, D.; Ipatov, A.; Gayazov, I.; Marshalov, D.; Melnikov, A.; Kurdubov, S.; Vasilyev, M.; Ilin, G.; Skurikhina, E.; Surkis, I.; Mardyshkin, V.; Mikhailov, A.; Salnikov, A.; Vytnov, A.; Rakhimov, I.; Dyakov, A. & Olifirov, - V. Russian VLBI network “Quasar”: Current status and outlook, - Geodesy and Geodynamics, Elsevier BV, 2019, 10, 150-156

2. Иванов Д.В., Урацука М.-Р., Ипатов А.В., Маршалов Д.А., Шуйгина Н.В., Васильев М.В., Гаязов И.С., Ильин Г.Н., Бондаренко Ю.С., Мельников А.Е., Суворкин В.В. Российско-кубинская станция колокации для проведения радиоастрономических наблюдений и мониторинга околоземного пространства // Астрофизический бюллетень. 2018. №2.

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может использоваться в системе измерений методами космической геодезии. Технический результат состоит в повышении точности измерений локальных геофизических параметров за счет объединения измерительных средств в единую станцию колокации и повышении устойчивости решений, полученных в результате обработки их измерений. Для этого станция колокации содержит радиотелескоп, приемник сигналов космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), систему лазерной дальнометрии (ЛД). 1 ил.

Станция колокации средств космической геодезии, содержащая расположенные на оборудованной измерительными системами площадке радиотелескоп, приемник сигналов космических аппаратов (КА) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), систему лазерной дальнометрии (ЛД), отличающаяся тем, что приемник ГНСС, система лазерной дальнометрии и радиотелескоп подключены к единой системе частотно-временной синхронизации (СЧВС) и соединены между собой в локальную геодезическую сеть (ЛГС) для взаимной координатной привязки опорных точек используемых измерительных средств, при этом антенна приемника ГНСС установлена на стабильном основании площадки, приемник выполнен с возможностью регистрации сигналов от нескольких группировок КА ГНСС в двух частотных диапазонах одновременно, радиотелескоп выполнен с возможностью непрерывной работы и одновременной регистрации нескольких диапазонов частот внегалактических радиоисточников в режиме радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами в пределах времени когерентности системы СЧВС, а система лазерной дальнометрии выполнена с возможностью проведения наблюдений за орбитальными группировками КА, оснащенных уголковыми отражателями, или Луной в дневное и ночное время и включает средства определения калибровочной поправки, при этом приемник ГНСС, радиотелескоп и система лазерной дальнометрии связаны в пространстве и времени посредством ЛГС и СЧВС для возможности совместной обработки длительных рядов наблюдений.